JPH04300344A - 結合部材用三次元織物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三次元織物に係り、特に
他の部材との連結状態で使用される複合材の骨格材とし
て好適な結合部材用三次元織物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複数列、複数行に張設された多数の経糸
ｚ、該経糸ｚ群の列及び行間にそれぞれ経糸ｚと直交す
る状態に織り込まれた第１緯糸（垂直糸）ｙ及び第２緯
糸ｘの３種類の糸から成る三次元織物を骨格材とし、樹
脂あるいは無機物をマトリックスとした複合材はロケッ
ト、航空機、自動車、船舶及び建築物の構造材として幅
広い用途が期待されている。この種の複合材を幅広い用
途に使用するためには、一般の金属製の構造材と同様に
各部材同士を連結可能とする必要がある。従来、三次元
織物を骨格材とした複合材同士を連結する使用例は無い
が、多数枚のクロスを積層した積層材を骨格材とした複
合材では図９図に示すように、複合材６０にメタルブッ
シング６１を挿入して複合材６０同士あるいは複合材６
０と他の構造材６２とをボルト６３及びナット６４によ
り連結する方法が採用されている。三次元織物を骨格材
とした複合材をボルトとナットを用いてあるいはピンに
より連結する場合にも、前記と同様に複合材に穴を開け
てメタルブッシング６１を嵌入する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、複合材にメ
タルブッシング嵌入用の穴６５を形成した場合には、図
１０に示すように、穴６５と対応する部分で三次元織物
Ｆを構成する糸が切断されるため、当該部分と対応する
部分の強度（特に矢印方向の力に対する強度）が低下し
、この部分の強度を増すためにはその部分の長さＬ及び
幅Ｗの値を大きくしなければならず、積層複合材と同様
にメタルブッシング６１を囲む部分の体積が大きくなる
という不都合がある。又、複合材を形成した後に穴開け
加工を行う為、加工の仕上り具合によっては微少な亀裂
等が発生し、応力集中による破壊が生じ易く設計上強度
予測が難しいという問題がある。

【０００４】又、三次元織物がＸ，Ｙ，Ｚの直交３軸の
みの糸（繊維）で構成されていると、この三次元織物を
骨格材として作られた複合材は、各軸方向の引張り荷重
に対しては充分な耐久性を示すが、織物の長手方向に対
して斜め方向の繊維がないため、三次元織物の軸線方向
に対して斜め方向の力に対する変形量が大きくなる。従
って、圧縮荷重に対しては引張り荷重に比べて抵抗力が
弱くなる傾向がある。

【０００５】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は他の構造材と連結状態で使用す
るための三次元織物複合材として使用する場合、連結部
の体積を大きくすることなく強度を大きくすることがで
きるとともに、引張り荷重及び圧縮荷重に対する堅牢性
（耐久性）を向上することができ、しかも設計上強度予
測が容易な結合部材用三次元織物を提供することにある
。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め本発明の三次元織物は、織物の端部に配置された固体
部材と、三次元織物の長手方向に延びるようにかつその
一部が前記固体部材の周囲に沿って延びるように折り返
し状態で配列された経糸からなる経糸層と、経糸層と平
行な平面内で織物の幅方向に配列された緯糸からなる緯
糸層と、経糸層と平行な平面内で織物の長手方向に対し
て傾斜するように配列されるとともにその一部が前記固
体部材の周囲に沿って延びるように折り返し状態で配列
されたバイアス糸からなるバイアス糸層と、経糸及びバ
イアス糸の固体部材の周囲に沿って延びるように配列さ
れた部分とほぼ直交するように折り返し状に配列された
糸からなる糸層と、前記各糸層と直交する状態で織物の
厚さ方向に配列されて各層を結合する垂直糸とからなり
、前記固体部材の周囲に沿って延びるように折り返し状
態で配列された糸の配置位置を、同一層内では重複しな
い位置とした。

【０００７】

【作用】本発明の三次元織物は織物の端部にメタルブッ
シング等の固体部材が配置され、その外周に経糸ｚ及び
バイアス糸の少なくとも一部が巻き付けられた状態とな
っているため、三次元織物を三次元織物複合材として他
の部材と連結状態で使用した場合、他の部材との連結要
素であるボルトあるいはピンを介して固体部材に引張り
力が加わった場合その力が経糸ｚ及びバイアス糸により
担われる。従って、連結部に加わる力に対応した本数の
経糸ｚ及びバイアス糸を固体部材に巻き付けた状態で三
次元織物を構成することにより、連結部の強度を確保で
き、固体部材を囲む部分の体積も小さくなる。又、三次
元織物の長手方向に対して斜めに配列されたバイアス糸
が存在するため、樹脂等をマトリックスとした複合材と
して使用した場合、バイアス糸の作用により複合材への
斜め方向の力に対する変形量が小さくなり、圧縮荷重に
対しても充分な堅牢性（耐久性）を発揮する。又、固体
部材の周囲に巻き付けられた状態の経糸ｚ及びバイアス
糸と直交する状態で折り返し状に配列される糸及び三次
元織物Ｆの厚さ方向に配列される糸の存在により、固体
部材周辺部の圧縮に対する強度が向上する。又、前記固
体部材の周囲に沿って延びるように折り返し状態で配列
された糸の配置位置を同一層内では重複しない位置とし
たので、糸が同じ状態で重複されて配列されることがな
く、織物の厚さ方向が均一化される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図８に従って説明する。三次元織物Ｆは織物の一端に配
置された固体部材としてのメタルブッシング１と、織物
の長手方向に延びるように配列された経糸ｚからなる経
糸層と、経糸層と平行な平面内で織物の幅方向に配列さ
れた緯糸ｘからなる緯糸層と、経糸層と平行な平面内で
織物の長手方向に対して傾斜するようにシート状に配列
されたバイアス糸Ｂからなるバイアス糸層と、メタルブ
ッシング１の周囲においてメタルブッシング１の放射方
向（半径方向）に配列された放射方向糸ｒからなる放射
方向糸層と、各糸層と直交する状態で織物の厚さ方向に
配列されて各層を結合する垂直糸ｙとから構成されてい
る。

【０００９】前記の三次元織物Ｆを製造する場合は、所
望の三次元織物の外径形状と対応した基板２上の所定位
置にメタルブッシング１を配置するとともに、糸の配列
を規制する多数のピン３を基板２の表面と垂直に立設す
る。そして、前記基板２上のピン３の間隙に経糸ｚ、緯
糸ｘ、バイアス糸Ｂあるいは放射方向糸ｒを配列して経
糸層、緯糸層、バイアス糸層あるいは放射方向糸層を形
成する。経糸層は図２に示すように、経糸ｚが基板２の
長手方向及びメタルブッシング１の周方向に沿って折り
返し状に配列されることにより形成される。経糸ｚには
放射方向糸ｒが連続しており、放射方向糸ｒはメタルブ
ッシング１の周囲において経糸ｚと直交するようにメタ
ルブッシング１の放射方向（半径方向）に配列されてい
る。放射方向糸ｒはメタルブッシング１の周囲に配列さ
れたピン３の放射方向の列に対して２列おきの位置で折
り返すように配列されている。緯糸層は図４に示すよう
に、緯糸ｘが基板２の幅方向に沿って折り返し状に配列
されることにより形成される。緯糸ｘには放射方向糸ｒ
が連続しており、放射方向糸ｒはメタルブッシング１の
周囲においてその放射方向（半径方向）に配列されてい
る。この放射方向糸ｒは前記経糸ｚに連続する放射方向
糸ｒと同様にピン３の放射方向の列に対して２列おきの
位置で折り返すとともに、前記経糸ｚに連続する放射方
向糸ｒの折り返し位置とは別のピン３の列に沿って折り
返される。又、図３に示すようにメタルブッシング１の
周囲には別の放射方向糸ｒが前記両放射方向糸ｒと同様
にピン３の放射方向の列に対して２列おきの位置で折り
返すとともに、前記放射方向糸ｒとは別のピン３の列に
沿って折り返すように配列される。なお、経糸ｚ及び緯
糸ｘと放射方向糸とは必ずしも繋がっている必要はない
。

【００１０】バイアス糸層は図５及び図６に示すように
、バイアス糸Ｂが基板２の長手方向と４５°の方向に沿
って折り返し状に配列されることにより形成され、その
一部がメタルブッシング１の周方向に沿って折り返し状
に配列される。そして、メタルブッシング１の周囲に沿
って折り返し状に配列される部分のバイアス糸Ｂが同じ
位置に重複して配列されるのを防ぐため、一方のバイア
ス糸層（図６）では２本のバイアス糸Ｂが使用され、図
７に示すように残りの部分に別のバイアス糸Ｂが配列さ
れる。これにより２層一組の均一なバイアス糸層が形成
される。前記各層を一つずつ重ねると図８に示す状態と
なる。そして、結合部材に加わると想定される荷重の大
きさ、方向等に応じて前記の各層が必要数積層された後
、ピン３が垂直糸ｙで置換される。垂直糸ｙは放射方向
糸及び円周方向に配列される経糸ｚあるいはバイアス糸
Ｂを跨ぐように配列される。すなわち、この三次元織物
Ｆは面内４軸の織物が垂直糸ｙで結合された５軸の三次
元織物となっている。

【００１１】ピン３を垂直糸ｙで置換する方法としては
次の方法がある。 （１）ピン３を押出しながらピンによって形作られた空
隙に垂直糸ｙの先端を挿入し、織物の一方の面で次のピ
ン位置へ移動するようにしてジグザグ状に折り返すよう
に置換する。 （２）ピン３を押出しながら垂直糸ｙをループ状に挿入
し、ループ部に耳糸を挿入して抜け止めをする。

【００１２】前記のように構成された三次元織物Ｆに樹
脂を含浸させて形成された複合材をメタルブッシング１
の部分で他の部材と連結して使用すると、メタルブッシ
ング１に加えられた荷重が経糸ｚ及びバイアス糸Ｂを介
して三次元織物の本体部分に確実に伝えられる。そして
、メタルブッシング１に加わる引張り力はほとんどすべ
ての経糸ｚ及びバイアス糸Ｂにより担われるため、経糸
ｚ及びバイアス糸Ｂが有効に寄与して連結部の強度が高
くなる。又、織物の長手方向に対して傾斜する方向に配
列されたバイアス糸Ｂの存在により、従来の３軸三次元
織物を骨格材として使用したものに比較して斜め方向の
力に対する変形量が減少する。メタルブッシング１に圧
縮荷重が加えられた場合は、バイアス糸Ｂがそれに耐え
る方向の力を分担するため、強固な堅牢性を示し結合部
材としての機能が高められる。垂直糸ｙが経糸ｚ、緯糸
ｘ、バイアス糸Ｂ及び放射方向糸ｒの各層を結合して層
間剥離を防ぎ、メタルブッシング１にその軸方向の力が
加わったり、三次元織物の層に直角に衝撃が加わった場
合の抵抗力となる。又、経糸ｚの列間分離を防いで、骨
格材としての機能を高めるために緯糸ｘの結合力が大き
な力を発揮する。又、メタルブッシング１の周囲に配列
された経糸ｚ及びバイアス糸Ｂに対して直交する方向に
配列された二方向の糸（放射方向糸ｒ及び垂直糸ｙ）が
存在するため、メタルブッシング１を囲む部分がより強
靱となる。しかも、各層を構成する糸が同一層内で重複
しないように配列されているため、厚さ方向の均一化が
計られる。

【００１３】前記の製造方法のように基板２上にメタル
ブッシング１を配置した状態で放射方向糸ｒを配列する
場合は、メタルブッシング１と放射方向糸ｒとの間にあ
る程度のクリアランスが必要となり、このクリアランス
が複合材では樹脂層となる。そして、樹脂層が厚いと破
壊につながり易いため、各糸の配列が終わった後、クリ
アランスの小さいメタルブッシング１と交換して樹脂を
含浸してもよい。なお、メタルブッシング１の周囲に配
列される各糸をメタルブッシング１に対して強固に一体
化するため、メタルブッシング１に放射方向糸が折り返
すための多数の孔を設け、その孔に放射方向糸を折り返
し状に貫通させてもよい。この場合には各糸の配列時に
使用されたメタルブッシング１がそのまま複合材に使用
される。前記多数の孔は折り返された放射方向糸の一部
がメタルブッシング１の内面に突出せず、しかも折り返
し部分が損傷されない形状に形成される。

【００１４】この実施例の製造方法では、メタルブッシ
ング１を支持する三次元織物の形状が複雑な場合でも、
又、メタルブッシング１を複数個含むような場合でもそ
の形状に対応した基板２を使用することにより、所望の
形状の三次元織物が比較的簡単に製造できる。なお、本
発明は前記各実施例に限定されるものではなく、メタル
ブッシング１に巻き付けられた糸がメタルブッシング１
の軸方向に移動するのを防止するため、メタルブッシン
グ１の両端部にフランジを設けたり、メタルブッシング
１の外周面に糸の一部が収容される凹溝を糸層の数に対
応して周方向に沿って形成してもよい。又、メタルブッ
シング１の一部に糸挿通孔を形成し、メタルブッシング
１に巻き付ける経糸ｚ、バイアス糸Ｂの一部を糸挿通孔
に通した状態で配列してもよい。固体部材は円筒形状に
限らず断面三角形や四角形の筒状部材を使用したり、三
次元織物Ｆの一端部に固体部材を複数個配置したり、固
体部材を三次元織物の両端に配置してもよい。又、各層
を構成する経糸ｚ、緯糸ｘ及びバイアス糸Ｂをそれぞれ
１本の糸で構成する代わりに複数本の糸で構成してもよ
い。

【００１５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の三次元織
物は三次元織物の端部に織り込まれた固体部材の外周に
経糸ｚ及びバイアス糸が複数層に巻き付けられた状態と
なっているため、この三次元織物で複合材を形成して他
の部材との連結状態で使用した場合、ボルト、ピン等の
連結要素を介して固体部材に作用する引張り力及び圧縮
力が固体部材の外周に巻き付けられた全ての経糸ｚ及び
バイアス糸に確実に伝達されて荷重が分散されるととも
に、固体部材の外周に巻き付けられた全ての経糸ｚ及び
バイアス糸が強力に寄与し、連結部における強度が増大
するとともに連結部となる固体部材外周の形状をコンパ
クトにすることができる。特に、一般に複合材の弱点と
される圧縮荷重に対する堅牢性（耐久性）が向上する。 又、固体部材の周囲において経糸ｚ及びバイアス糸とほ
ぼ直交する状態で配列された糸（放射方向糸）及び各糸
と直交する状態で織物の厚さ方向に配列された垂直糸ｙ
が存在するため、固体部材の周辺部の圧縮荷重に対する
強度が向上する。又、各糸層内で糸が重複されて配列さ
れることがないので、厚さ方向の均一化が計られて結果
的に品質（強度）の安定化につながる。さらに、従来と
異なり複合材を形成した後に穴開け加工を行う必要がな
いため、穴開け加工の際に生じる微小な亀裂等が原因と
なる応力集中により強度が低下することがなく、設計上
強度予測が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】三次元織物の概略斜視図である。

【図２】経糸及び放射方向糸の配列状態を示す概略平面
図である。

【図３】放射方向糸の配列状態を示す概略平面図である
。

【図４】緯糸及び放射方向糸の配列状態を示す概略平面
図である。

【図５】バイアス糸の配列状態を示す概略平面図である
。

【図６】逆方向の傾きを持ったバイアス糸の配列状態を
示す概略平面図である。

【図７】バイアス糸の配列状態を示す概略平面図である
。

【図８】各層を重ねた状態の各糸の配列状態を示す概略
平面図である。

【図９】従来の複合材と構造材の連結状態を示す側断面
図である。

【図１０】三次元織物に穴を開けた状態を示す概略斜視
図である。

【符号の説明】

１…固体部材としてのメタルブッシング、２…基板、３
…ピン、ｘ…緯糸、ｙ…垂直糸、ｚ…経糸、Ｂ…バイア
ス糸、ｒ…放射方向糸、Ｆ…三次元織物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　織物の端部に配置された固体部材と、
   三次元織物の長手方向に延びるようにかつその一部が前
   記固体部材の周囲に沿って延びるように折り返し状態で
   配列された経糸（ｚ）からなる経糸層と、経糸層と平行
   な平面内で織物の幅方向に配列された緯糸（ｘ）からな
   る緯糸層と、経糸層と平行な平面内で織物の長手方向に
   対して傾斜するように配列されるとともにその一部が前
   記固体部材の周囲に沿って延びるように折り返し状態で
   配列されたバイアス糸（Ｂ）からなるバイアス糸層と、
   経糸（ｚ）及びバイアス糸（Ｂ）の固体部材の周囲に沿
   って延びるように配列された部分とほぼ直交するように
   折り返し状に配列された糸からなる糸層と、前記各糸層
   と直交する状態で織物の厚さ方向に配列されて各層を結
   合する垂直糸（ｙ）とからなり、前記固体部材の周囲に
   沿って延びるように折り返し状態で配列された糸の配置
   位置を同一層内では重複しない位置とした結合部材用三
   次元織物。